RUBIDIUM: SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR, PEROLEHAN, KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The rubidium adalah unsur logam milik kelompok 1 dari tabel periodik: logam alkali, yang diwakili oleh simbol kimia Rb. Namanya terdengar mirip dengan ruby, dan itu karena ketika ditemukan spektrum emisinya menunjukkan garis karakteristik berwarna merah tua.

Ini adalah salah satu logam paling reaktif yang ada. Ini adalah logam alkali pertama yang, meskipun tidak terlalu padat, namun tetap tenggelam dalam air. Ia juga bereaksi lebih eksplosif dibandingkan dengan lithium, natrium dan kalium. Ada percobaan di mana lepuh meledak di tempat yang disimpan (gambar bawah) untuk jatuh dan meledak di bak mandi.

Ampul dengan satu gram rubidium disimpan dalam suasana lembam. Sumber: Gambar Elemen Kimia Resolusi Tinggi

Rubidium dibedakan dengan menjadi logam yang lebih mahal daripada emas itu sendiri; bukan karena kelangkaannya, tetapi karena distribusi mineralogisnya yang luas di kerak bumi dan kesulitan yang timbul saat mengisolasinya dari senyawa kalium dan sesium.

Ini menunjukkan kecenderungan yang jelas untuk mengasosiasikan dengan kalium dalam mineralnya, yang ditemukan sebagai kotoran. Tidak hanya dalam urusan geokimia ia membentuk duo dengan kalium, tetapi juga di bidang biokimia.

Organisme "salah mengira" ion K ^{+ dengan} ion Rb ⁺ ; Namun, rubidium bukanlah elemen penting hingga saat ini, karena perannya dalam metabolisme tidak diketahui. Meski begitu, suplemen rubidium telah digunakan untuk meringankan kondisi medis tertentu seperti depresi dan epilepsi. Di sisi lain, kedua ion mengeluarkan nyala api ungu dalam panas korek api.

Karena biayanya yang tinggi, aplikasinya tidak terlalu didasarkan pada sintesis katalis atau material, tetapi sebagai komponen untuk berbagai perangkat dengan basis fisik teoretis. Salah satunya adalah jam atom, sel surya, dan magnetometer. Inilah sebabnya mengapa rubidium terkadang dianggap sebagai logam yang diremehkan atau kurang dipelajari.

Sejarah

Rubidium ditemukan pada tahun 1861 oleh ahli kimia Jerman Robert Bunsen dan Gustav Kirchhoff, menggunakan spektroskopi. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan pembakar Bunsen dan spektroskop, yang ditemukan dua tahun sebelumnya, serta teknik presipitasi analitik. Objek penelitian mereka adalah mineral lepidolit, yang sampelnya diambil dari Sachsen, Jerman.

Mereka mulai dengan 150 kg mineral lepidolit, yang diolah dengan asam kloroplatinat, H ₂ PtCl ₆ , untuk mengendapkan kalium heksakloroplatinat, K ₂ PtCl ₆ . Namun, ketika mereka mempelajari spektrumnya dengan membakarnya di pembakar Bunsen, mereka menyadari bahwa itu menunjukkan garis emisi yang tidak sesuai dengan elemen lain pada waktu itu.

Spektrum emisi elemen baru ini dicirikan dengan memiliki dua garis yang terdefinisi dengan baik di wilayah merah. Itulah mengapa mereka membaptisnya dengan nama 'rubidus' yang artinya 'merah tua'. Kemudian, Bunsen dan Kirchhoff berhasil memisahkan Rb ₂ PtCl ₆ dari K ₂ PtCl ₆ dengan kristalisasi fraksional; untuk akhirnya mereduksinya menjadi garam klorida menggunakan hidrogen.

Mengidentifikasi dan mengisolasi garam dari unsur baru rubidium, ahli kimia Jerman hanya perlu mereduksinya menjadi bentuk logamnya. Untuk mencapai hal ini mereka mencoba dengan dua cara: menerapkan elektrolisis ke rubidium klorida, atau memanaskan garam yang lebih mudah direduksi, seperti tartratnya. Dengan demikian, rubidium metalik lahir.

Sifat fisik dan kimia

Penampilan

Lembut, logam abu-abu perak. Sangat halus seperti mentega. Biasanya dikemas dalam ampul kaca, di dalamnya terdapat atmosfir lembam yang melindunginya dari reaksi dengan udara.

Nomor atom (Z)

37

Masa molar

85,4678 g / mol

Titik lebur

39 ºC

Titik didih

688 ºC

Massa jenis

Pada suhu kamar: 1,532 g / cm ³

Pada titik leleh: 1,46 g / cm ³

Massa jenis rubidium lebih tinggi dari pada air, sehingga akan tenggelam saat bereaksi hebat dengannya.

Panas fusi

2,19 kJ / mol

Panas penguapan

69 kJ / mol

Elektronegativitas

0,82 pada skala Pauling

Afinitas elektronik

46,9 kJ / mol

Energi ionisasi

-Pertama: 403 kJ / mol (Rb ⁺ gas)

-Kedua: 2632.1 kJ / mol (Rb ²⁺ gas)

-Tiga: 3859,4 kJ / mol ( gas Rb ³⁺ )

Radio atom

248 malam (empiris)

Konduktivitas termal

58,2 W / (m K)

Resistivitas listrik

128 nΩ m pada 20 ° C

Kekerasan Mohs

0.3. Oleh karena itu, bahkan bedak lebih keras dari rubidium logam.

Reaktivitas

Uji nyala untuk rubidium. Ketika bereaksi, itu mengeluarkan api ungu. Sumber: Didaktische.Medien

Rubidium adalah salah satu logam alkali yang paling reaktif, setelah sesium dan fransium. Segera setelah terkena udara, ia mulai terbakar, dan jika dipukul, ia akan mengeluarkan percikan api. Jika dipanaskan, ia juga memancarkan api ungu (gambar atas), yang merupakan uji positif untuk ion Rb ⁺ .

Bereaksi dengan oksigen membentuk campuran peroksida (Rb ₂ O ₂ ) dan superoksida (RbO ₂ ). Meskipun tidak bereaksi dengan asam dan basa, ia bereaksi hebat dengan air, menghasilkan rubidium hidroksida dan gas hidrogen:

Rb (s) + H ₂ O (l) => RbOH (aq) + H ₂ (g)

Bereaksi dengan hidrogen untuk membentuk hidrida yang sesuai:

Rb (s) + H ₂ (g) => 2RbH (s)

Dan juga dengan halogen dan sulfur secara eksplosif:

2Rb (s) + Cl ₂ (g) => RbCl (s)

2Rb (s) + S (l) => Rb ₂ S (s)

Meskipun rubidium tidak dianggap sebagai unsur beracun, ia berpotensi berbahaya dan menimbulkan bahaya kebakaran jika bersentuhan dengan air dan oksigen.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Atom rubidium tersusun sedemikian rupa sehingga membentuk kristal dengan struktur kubik berpusat tubuh (bcc). Struktur ini merupakan karakteristik logam alkali yang ringan dan cenderung mengapung di atas air; kecuali dari rubidium bawah (cesium dan fransium).

Dalam kristal rubidium bcc, atom Rb mereka berinteraksi satu sama lain berkat ikatan logam. Ini diatur oleh "lautan elektron" dari kulit valensinya, dari orbital 5s menurut konfigurasi elektroniknya:

5s ¹

Semua orbital 5s dengan elektron tunggalnya tumpang tindih di semua dimensi kristal rubidium logam. Namun, interaksi ini lemah, karena saat seseorang bergerak ke bawah gugus logam alkali, orbital menjadi lebih berdifusi dan, oleh karena itu, ikatan logam melemah.

Itulah mengapa titik leleh rubidium adalah 39ºC. Demikian juga, ikatan logamnya yang lemah menjelaskan kelembutan padatannya; begitu lembut hingga terlihat seperti mentega perak.

Tidak ada informasi bibliografi yang cukup mengenai perilaku kristalnya di bawah tekanan tinggi; jika ada fase yang lebih padat dengan sifat unik seperti natrium.

Bilangan oksidasi

Konfigurasi elektroniknya langsung menunjukkan bahwa rubidium sangat cenderung kehilangan elektron tunggalnya menjadi isoelektronik terhadap gas mulia kripton. Jika demikian, kation monovalen Rb ^{+ akan terbentuk} . Kemudian dikatakan bahwa dalam senyawanya ia memiliki bilangan oksidasi +1 jika diasumsikan adanya kation ini.

Karena kecenderungan rubidium untuk mengoksidasi, asumsi bahwa ion Rb ⁺ ada dalam senyawanya benar, yang pada gilirannya menunjukkan karakter ionik senyawa tersebut.

Di hampir semua senyawa rubidium, senyawa ini menunjukkan bilangan oksidasi +1. Contohnya adalah sebagai berikut:

-Rubidium klorida, RbCl (Rb ⁺ Cl ^- )

-Rubidium hidroksida, RbOH (Rb ⁺ OH ^- )

-Rubidium karbonat, Rb ₂ CO ₃ (Rb ₂ ⁺ CO ₃ ^2- )

-Rubidium monoksida, Rb ₂ O (Rb ₂ ⁺ O ^2- )

-Rubidium superoksida, RbO ₂ (Rb ⁺ O ₂ ^- )

Meskipun sangat jarang, rubidium juga dapat memiliki bilangan oksidasi negatif: -1 (Rb ^- ). Dalam hal ini, seseorang akan berbicara tentang "rubidida" jika ia membentuk senyawa dengan unsur yang kurang elektronegatif darinya, atau jika ia mengalami kondisi khusus dan ketat.

Kluster

Ada senyawa dimana masing-masing atom Rb menyajikan bilangan oksidasi dengan nilai pecahan. Misalnya, dalam Rb ₆ O (Rb ₆ ²⁺ O ^2- ) dan Rb ₉ O ₂ (Rb ₉ ⁴⁺ O ₂ ^2- ) muatan positif didistribusikan di antara sekumpulan atom Rb (cluster). Jadi, dalam Rb ₆ O bilangan oksidasi dalam teori akan menjadi +1/3; sedangkan di Rb ₉ O ₂ , + 0,444 (4/9).

Struktur cluster Rb9O2. Sumber: Axiosaurus

Di atas adalah struktur cluster Rb ₉ O _{2 yang} diwakili oleh model bola dan batang. Perhatikan bagaimana sembilan atom Rb "membungkus" anion O ^2- .

Melalui penjelasan, seolah-olah bagian dari kristal rubidium logam asli tetap tidak berubah saat dipisahkan dari kristal induk. Mereka kehilangan elektron dalam prosesnya; yang diperlukan untuk menarik O ^2- , dan muatan positif yang dihasilkan didistribusikan di antara semua atom gugus tersebut (kumpulan atau agregat atom Rb).

Dengan demikian, dalam kelompok rubidium ini keberadaan Rb ⁺ tidak dapat diasumsikan secara formal . Rb ₆ O dan Rb ₉ O ₂ diklasifikasikan sebagai rubidium suboksida, di mana anomali yang tampak memiliki kelebihan atom logam dalam kaitannya dengan anion oksida terpenuhi.

Di mana menemukan dan memperoleh

kerak bumi

Sampel mineral lepidolit. Sumber: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Rubidium adalah unsur paling melimpah ke-23 di kerak bumi, dengan kelimpahan yang sebanding dengan logam seng, timbal, sesium, dan tembaga. Detailnya adalah ion-ionnya tersebar luas, sehingga ia tidak mendominasi mineral apa pun sebagai unsur logam utama, dan bijihnya juga langka.

Karena alasan inilah rubidium merupakan logam yang sangat mahal, bahkan melebihi emas itu sendiri, karena proses perolehannya dari bijihnya rumit karena sulitnya eksploitasinya.

Di alam, mengingat reaktivitasnya, rubidium tidak ditemukan dalam keadaan aslinya, tetapi sebagai oksida (Rb ₂ O), klorida (RbCl) atau disertai anion lain. Ion Rb ⁺ “bebas” nya ditemukan di laut dengan konsentrasi 125 µg / L, juga di mata air panas dan sungai.

Di antara mineral kerak bumi yang mengandungnya dalam konsentrasi kurang dari 1% kami memiliki:

-Leucita, K

-Polucite, Cs (Si ₂ Al) O ₆ nH ₂ O

-Karnalit, KMgCl ₃ · 6H ₂ O

-Zinnwaldite, KLiFeAl (AlSi ₃ ) O ₁₀ (OH, F) ₂

-Amazonite, Pb, KAlSi ₃ O ₈

-Petalite, LiAlSi ₄ O ₁₀

-Biotit, K (Mg, Fe) ₃ AlSi ₃ O ₁₀ (OH, F) ₂

-Rubiclin, (Rb, K) AlSi ₃ O ₈

-Lepidolit, K (Li, Al) ₃ (Si, Al) ₄ O ₁₀ (F, OH) ₂

Asosiasi Geokimia

Semua mineral ini memiliki satu atau dua kesamaan: mereka adalah silikat kalium, sesium atau lithium, atau mereka adalah garam mineral dari logam-logam ini.

Ini berarti rubidium memiliki kecenderungan kuat untuk dikaitkan dengan kalium dan sesium; Ia bahkan dapat menggantikan kalium selama kristalisasi mineral atau batuan, seperti yang terjadi pada endapan pegmatit saat magma mengkristal. Jadi, rubidium adalah produk sampingan dari eksploitasi dan pemurnian batuan ini dan mineralnya.

Rubidium juga dapat ditemukan di batuan umum seperti granit, tanah liat, dan basal, dan bahkan dalam endapan karboniferus. Dari semua sumber alam, lepidolit merupakan bijih utamanya dan dari mana dieksploitasi secara komersial.

Sebaliknya, pada karnalit, rubidium dapat ditemukan sebagai pengotor RbCl dengan kandungan 0,035%. Dan dalam konsentrasi yang lebih tinggi terdapat endapan polucite dan rubicline, yang dapat memiliki rubidium hingga 17%.

Asosiasi geokimianya dengan kalium disebabkan oleh kesamaan jari-jari ioniknya; Rb ⁺ lebih besar dari K ⁺ , tetapi perbedaan ukuran tidak mencegah K ⁺ menggantikan K ⁺ dalam kristal mineralnya.

Kristalisasi pecahan

Baik memulai dengan lepidolit atau polucite, atau dengan mineral apa pun yang disebutkan di atas, tantangannya tetap sama pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil: pisahkan rubidium dari kalium dan sesium; yaitu, menerapkan teknik pemisahan campuran yang memungkinkan memiliki senyawa rubidium atau garam di satu sisi, dan garam kalium dan cesium, di sisi lain.

Ini sulit karena ion-ion ini (K ⁺ , Rb ⁺ dan Cs ⁺ ) memiliki kesamaan kimiawi yang besar; Mereka bereaksi dengan cara yang sama untuk membentuk garam yang sama, yang hampir tidak berbeda satu sama lain berkat kepadatan dan kelarutannya. Itulah sebabnya kristalisasi pecahan digunakan, sehingga kristal tersebut dapat mengkristal secara perlahan dan terkontrol.

Misalnya, teknik ini digunakan untuk memisahkan campuran karbonat dan tawas dari logam-logam tersebut. Proses rekristalisasi harus diulangi beberapa kali untuk menjamin kristal dengan kemurnian yang lebih baik dan bebas dari ion yang diendapkan bersama; garam rubidium yang mengkristal dengan ion K ⁺ atau Cs ⁺ di permukaan atau di dalamnya.

Teknik yang lebih modern, seperti penggunaan resin penukar ion, atau eter mahkota sebagai agen pengompleks, juga memungkinkan ion Rb ⁺ diisolasi .

Elektrolisis atau reduksi

Setelah garam rubidium dipisahkan dan dimurnikan, langkah selanjutnya dan terakhir adalah mereduksi kation Rb ⁺ menjadi logam padat. Untuk melakukan ini, garam dilebur dan dielektrolisis sehingga rubidium mengendap di katoda; atau agen pereduksi kuat digunakan, seperti kalsium dan natrium, yang mampu dengan cepat kehilangan elektron dan dengan demikian mengurangi rubidium.

Isotop

Rubidium ditemukan di Bumi sebagai dua isotop alami: ⁸⁵ Rb dan ⁸⁷ Rb. Kelimpahan pertama 72,17%, sedangkan kelimpahan kedua 27,83%.

The ⁸⁷ Rb bertanggung jawab untuk logam ini menjadi radioaktif; namun, radiasinya tidak berbahaya dan bahkan bermanfaat untuk analisis penanggalan. Waktu paruhnya (t _1/2 ) adalah 4,9 · 10 ¹⁰ tahun, yang lebih lama dari usia Semesta. Ketika membusuk, itu menjadi isotop stabil ⁸⁷ Tn.

Berkat ini, isotop ini telah digunakan hingga usia mineral bumi dan batuan yang ada sejak awal bumi.

Selain isotop ⁸⁵ Rb dan ⁸⁷ Rb, ada isotop sintetis dan radioaktif lainnya dengan masa pakai variabel dan jauh lebih pendek; Misalnya, ⁸² Rb (t _1/2 = 76 detik), ⁸³ Rb (t _1/2 = 86,2 hari), ⁸⁴ Rb (t _1/2 = 32,9 hari) dan ⁸⁶ Rb (t _{1 / 2} = 18,7 hari). Dari semuanya, ⁸² Rb adalah yang paling banyak digunakan dalam studi medis.

Resiko

Logam

Rubidium adalah logam yang reaktif sehingga harus disimpan dalam ampul kaca di bawah atmosfer inert sehingga tidak bereaksi dengan oksigen di udara. Jika lepuh pecah, logam dapat ditempatkan di minyak tanah atau minyak mineral untuk melindunginya; namun, akhirnya akan teroksidasi oleh oksigen yang terlarut di dalamnya, sehingga menimbulkan rubidium peroksida.

Sebaliknya, jika diputuskan untuk diletakkan di atas kayu, misalnya, akan terbakar dengan nyala ungu. Jika terlalu lembab, ia akan terbakar hanya dengan terpapar udara. Ketika sebagian besar rubidium dilemparkan ke dalam volume air, ia akan meledak dengan kuat, bahkan memicu gas hidrogen yang dihasilkan.

Oleh karena itu, rubidium adalah logam yang tidak semua orang harus tangani, karena hampir semua reaksinya bersifat eksplosif.

Ion

Tidak seperti logam rubidium, ion Rb ⁺ -nya tidak menimbulkan risiko yang nyata bagi makhluk hidup. Ini terlarut dalam air berinteraksi dengan sel dengan cara yang sama seperti ion K ⁺ lakukan .

Oleh karena itu, rubidium dan kalium memiliki sifat biokimia yang serupa; Namun, rubidium bukanlah elemen esensial, sedangkan kalium adalah. Dengan cara ini sejumlah besar Rb ⁺ dapat terakumulasi di dalam sel, sel darah merah, dan organ dalam tanpa berdampak negatif pada tubuh hewan mana pun.

Faktanya, pria dewasa dengan massa 80 kg diperkirakan mengandung sekitar 37 mg rubidium; dan sebagai tambahan, peningkatan konsentrasi ini dari 50 hingga 100 kali tidak menyebabkan gejala yang tidak diinginkan.

Akan tetapi, ion Rb ^{+ yang} berlebih pada akhirnya dapat menggeser ion K ⁺ ; dan akibatnya, individu tersebut akan menderita kejang otot yang sangat kuat sampai meninggal.

Secara alami, garam rubidium atau senyawa terlarut dapat segera memicu hal ini, jadi tidak ada yang harus tertelan. Selain itu, dapat menyebabkan luka bakar dengan kontak sederhana, dan di antara yang paling beracun adalah rubidium fluorida (RbF), hidroksida (RbOH) dan sianida (RbCN) dari rubidium.

Aplikasi

Kolektor gas

Rubidium telah digunakan untuk menangkap atau menghilangkan jejak gas yang mungkin ada dalam tabung tertutup vakum. Justru karena kecenderungan tinggi untuk menangkap oksigen dan kelembapan di dalamnya, mereka menghilangkannya di permukaan sebagai peroksida.

Kembang api

Ketika garam rubidium terbakar, mereka mengeluarkan nyala api ungu kemerahan yang khas. Beberapa kembang api memiliki garam ini dalam komposisinya sehingga meledak dengan warna-warna ini.

Suplemen

Rubidium klorida telah diresepkan untuk memerangi depresi, karena penelitian menentukan defisit elemen ini pada individu yang menderita kondisi medis ini. Ini juga telah digunakan sebagai obat penenang dan untuk mengobati epilepsi.

Kondensat Bose-Einstein

Atom dari isotop ⁸⁷ Rb digunakan untuk membuat kondensat Bose-Einstein pertama. Keadaan materi ini terdiri dari atom-atom pada suhu yang mendekati nol mutlak (0 K), dikelompokkan atau "terkondensasi", berperilaku seolah-olah mereka adalah satu.

Dengan demikian, rubidium adalah protagonis dari kemenangan ini di bidang fisika, dan Eric Cornell, Carl Wieman dan Wolfgang Ketterle yang menerima Hadiah Nobel pada tahun 2001 berkat karya ini.

Diagnosis tumor

Radioisotop sintetik ⁸² Rb meluruh, memancarkan positron, yang digunakan untuk menumpuk di jaringan kaya kalium; seperti yang terletak di otak atau jantung. Oleh karena itu, pemeriksaan ini digunakan untuk menganalisis fungsi jantung dan kemungkinan adanya tumor di otak dengan menggunakan tomografi emisi positron.

Komponen

Ion rubidium telah menemukan tempat di berbagai jenis bahan atau campuran. Misalnya, paduannya dibuat dengan emas, sesium, merkuri, natrium, dan kalium. Itu telah ditambahkan ke gelas dan keramik mungkin untuk meningkatkan titik lelehnya.

Dalam sel surya perovskit telah ditambahkan sebagai komponen penting. Demikian juga, kemungkinan penggunaannya sebagai generator termoelektrik, material perpindahan panas di luar angkasa, bahan bakar dalam mesin penggerak ion, media elektrolitik untuk baterai alkaline dan magnetometer atom telah dipelajari.

Jam atom

Dengan rubidium dan cesium, jam atom yang terkenal dan sangat presisi telah dibuat, misalnya digunakan di satelit GPS sehingga pemilik ponsel cerdas dapat mengetahui lokasinya saat bergerak di jalan.

Referensi

1. Bond Tom. (29 Oktober 2008). Rubidium. Diperoleh dari: chemistryworld.com
2. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). Rubidium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Rubidium. Database PubChem. CID = 5357696. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Chellan, P., & Sadler, PJ (2015). Unsur kehidupan dan obat-obatan. Transaksi filosofis. Seri A, Matematika, Fisika, dan ilmu teknik, 373 (2037), 20140182. doi: 10.1098 / rsta.2014.0182
6. Yayasan Mayo untuk Pendidikan dan Penelitian Medis. (2019). Rubidium Rb 82 (Rute Intravena). Diperoleh dari: mayoclinic.org
7. Marques Miguel. (sf). Rubidium. Diperoleh dari: nautilus.fis.uc.pt
8. James L. Dye. (12 April 2019). Rubidium. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com
9. Dr Doug Stewart. (2019). Fakta Elemen Rubidium. Chemicool. Diperoleh dari: chemicool.com
10. Michael Pilgaard. (10 Mei 2017). Reaksi Kimia Rubidium. Diperoleh dari: pilgaardelements.com